Инженер-прочнист ЦАГИ Н.Н. Корчемнин любил говорить, что вертолет летает, потому что трясется. Фраза, конечно, шуточная, но в каждой шутке есть доля истины.
Появилась эта фраза в пятидесятых, когда помимо всех прочих мировых событий, разрабатывались новые типы вертолётов. Над созданием винтокрылых машин только в нашей стране трудились четыре ОКБ: А. С. Яковлева, М. Л. Миля, И. П. Братухина и Н. И. Камова. Проектировались и испытывались первые советские вертолеты Як-100, Ми-1, Б-11 и Ка-10. Теория вертолётостроения схлестывалась с практикой, подтверждая или опровергая себя ценой человеческого труда, а порой и человеческой жизни.
Зачем проводить вибронадку вертолетов
Основным проявлением несовершенств конструкции вертолётов того времени была повышенная вибрация. С этой проблемой сталкивались буквально все конструкторы. Чтобы докопаться до истины, приходилось проводить множество испытаний с использованием доступных для того времени инструментов: простых одноосевых вибрографов, ватманов с краской на лопастях при проверке соконусности, плёночных фотокамер для замера конуса в полёте и т. д.
Прошли десятки лет, было создано множество новых моделей вертолётов, но проблемы, возникающие при разработке и эксплуатации, остались прежними. С ними же проблемами столкнулись и заказчики «Висом».
Например, соосные вертолёты Р-30 взлётной массой до 500 кг — их разработало и производит ОКБ «Ротор» в городе Кумертау (Республика Башкирия). Коллектив предприятия сформировался на базе аэроклуба при заводе КумАПП, серийно выпускавшем такие модели, как КА-32, КА-26 и другие.
Вертолёт Р-30 — всепогодный (летает при порывах ветра до 25 м/с), лёгкий (250 кг собственной массы), грузоподъёмный (до 240 кг). Несмотря на скромные габариты и внешнюю, казалось бы, простоту, в его конструкции применены несколько очень интересных решений.
Использована новая несущая система, то есть управление соосными несущими винтами выполнено таким образом, что в пространстве между ними в набегающем воздушном потоке отсутствуют тяги, качалки или какие-либо другие элементы конструкции. Эти элементы, завихряя поток, создают значительное паразитное аэродинамическое сопротивление. Таким образом, конструкция у вертолёта получилась довольно оригинальная и удачная, но со стороны лётчиков-испытателей поступали жалобы на повышенную вибрацию.
Отработку вертолёта Р-30 решили провести с помощью комплекса виброналадки ВС-311В (на фото ниже). Начали с проверки комплекта лопастей на флаттер (новый комплект только что поступил с завода КумАПП и не проходил подобные испытания).
Как проходит виброналадка
Суть испытаний заключается в том, чтобы сместить центр тяжести лопасти назад и проанализировать вибрации, возникающие от несущего винта в разных положениях органов управления (шаг винта, обороты и т.д.).
Как правило, если флаттер проявляется, то его видно невооружённым глазом. Но к такому вопросу нельзя подходить «на глазок», поэтому записи от датчиков вибрации на разных режимах работы вертолёта анализируются с помощью комплекса ВС-311В, и по спектральной картине отлавливаются малейшие намёки на гармоники, некратные оборотной частоте. По результатам проверки на пробном комплекте признаков флаттера не обнаружили.
Затем провели проверку соконусности. Конус был в норме после первой же установки, вероятно, сказался тот факт, что лопасти у данной модели вертолёта короткие и без триммеров. К тому же из-за размеров вертолёта механики на глаз выставили длины тяг сразу удачно.
Далее, поскольку машина опытная и конструктору было необходимо узнать картину вибрации разных узлов, проведели виброобследование с привязкой к оборотам несущего винта.
Для удобства демонстрации сделали виброобследование по записанным данным с помощью настольного ПО VisAnalyser. При таком подходе у конструктора остались все исходные файлы сигналов первичных преобразователей, и он мог в любое время произвести нужный анализ данных — построить спектр (как на рисунке ниже), обнаружить резонансы, проанализировать фазовые привязки и т.д.
С помощью данных о конструкции вертолёта соотношении частот вращения редуктора, двигателя и несущего винта установили, что вал двигателя и вал редуктора, соединённые муфтой, не соосны. После центровки повторное виброобследование показало, что теперь в спектре преобладают вибрации оборотной частоты несущего винта, которые можно устранить динамической балансировкой. В результате проведения балансировки вибрация снизилась в два раза по сравнению с исходным состоянием. Контроль значений виброскорости при балансировке вёлся по всем трём осям вертолёта.
Зачем нужен упор на контроле вибрации в трёх осях
В ТУ на вертолёт часто нормируются значения вибрации только по вертикальной оси, остальные оси не учитываются. И в ряде случаев может оказаться, что либо изначально вибрации по поперечной и осевой составляющей ощутимо большие, либо они вырастают при проведении балансировки с учётом только одной вертикальной составляющей. По инерции, такие ТУ переписываются и на новые вертолёты, хотя уже не составляет труда контролировать большее количество точек. К примеру, ВС-311В поддерживает до 8 точек измерения вибрации. Далеко не лишним, на наш взгляд, было бы нормировать вибрацию не только под креслом пилота, но и в других важных местах фюзеляжа, например, в пассажирской кабине, в кресле оператора, в отсеке с измерительным оборудованием и прочее.
В ходе балансировки вертолёта Р-30 мы добились существенного снижения вибрации и открыли возможность снизить её ещё больше. Дело в том, что нижний и верхний винт имеет каждый по две лопасти; в нашем случае тяжёлая точка ушла от оси установки лопастей, и чтобы до конца её сбалансировать, необходимо иметь в конструкции вертолёта возможность отрегулировать угол отклонения лопасти от общей осевой линии (как делается в некоторых моделях фирмы Robinson), иначе придётся вешать довольно большой груз непосредственно на втулке несущего винта.
Есть альтернативные варианты: или повысить точность изготовления деталей втулки, чтобы свести вероятность появления выше обозначенных проблем к минимуму, или в качестве радикального решения перейти к трёхлопастным винтам, что значительно удорожит конструкцию.
Понравилась статья? Поставьте лайк и подпишитесь на наш канал. Еще больше статей и новостей о вибрационных испытаниях вы найдете на нашем сайте www.visom.ru. До встречи в следующих публикациях!
